En este apartado se revisar† la bibliograf€a existente de las estrategias de reducci•n y control de p‚rdidas t‚cnicas en los sistemas de distribuci•n de agua potable, que al ser aplicadas repercutan en una disminuci•n de las p‚rdidas t‚cnicas y por consiguiente en la mejora de los par†metros de presi•n y caudal de la red y de los diversos indicadores de gesti•n del sistema de distribuci•n. Esto se debe a que el concepto de p‚rdidas t‚cnicas, o reales, en un sistema de distribuci•n de agua potable est† estrechamente ligado a las presiones y caudales del sistema.
La reducci•n y control de p‚rdidas t‚cnicas se puede realizar a trav‚s de la ejecuci•n de una metodolog€a compuesta por cuatro actividades fundamentales, presentadas en la tabla 10: el control activo de fugas para la localizaci•n de fugas no reportadas, la gesti•n de la presi•n, la gesti•n de
infraestructura y la velocidad y calidad de las reparaciones; cuya interacci•n
Concepto M†todo
Mejora de las P‚rdidas Totales
P‚rdidas Reales
a) Control Activo de fugas b) Gesti•n de la presi•n c) Gesti•n de Infraestructura d) Velocidad y calidad de las reparaciones P‚rdidas
Aparentes Gesti•n de la medici•n Tabla 10
Estrategias para la reducci•n y control de p‚rdidas t‚cnicas [1]
Figura 5. Estrategias de reducci•n y control de p‚rdidas t‚cnicas. (Fuente: Farley M. y Trow S, Losses in Water Distribution Netwoks, 2003)
Estas cuatro actividades inciden en las causas y efectos de las p‚rdidas t‚cnicas y son aplicadas con el objetivo de alcanzar y mantener un nivel en el que los componentes de p‚rdidas de agua sean lo m€nimos posibles en condiciones de factibilidad t‚cnica, econ•mica y financiera
Sin embargo, las 4 actividades mencionadas en la tabla 10 est†n dise…adas para ser aplicadas en una red de distribuci•n sectorizada que cuente con un sistema de macromedici•n distrital. Que permitan medir los caudales suministrados a los diferentes sectores o distritos durante las 24 horas o durante la noche.
Sectorizaci„n hidr‰ulica de la red de distribuci„n.
La sectorizaci•n hidr†ulica de la red de distribuci•n de agua potable es una estrategia de reducci•n y control de p‚rdidas t‚cnicas y comerciales, que consiste en la divisi•n de la red de distribuci•n en sectores de menor longitud de red, homog‚neos, aislados e independientes.
Esta actividad se cumple en dos etapas: una primera etapa de oficina, para la recopilaci•n, an†lisis de la informaci•n existente y planeamiento. Luego una segunda etapa en terreno, de materializaci•n de la sectorizaci•n planteada.
El desarrollo de la actividad de oficina esta orientado a definir y proponer las unidades de sectorizaci•n. La actividad en campo comprende la ejecuci•n de acciones operativas, el desarrollo programado de obras civiles, y la consecuente materializaci•n en terreno de la sectorizaci•n hidr†ulica propuesta en oficina.
Dise…o de la sectorizaci•n hidr†ulica.
El dise…o de la sectorizaci•n hidr†ulica se define en base a la informaci•n t‚cnica obtenida de planos exactos de la red de distribuci•n, que permita conocer: la configuraci•n y longitud de la red de distribuci•n, localizaci•n de las zonas industriales, residenciales y comerciales. Adicionalmente apoyado en los resultados de la modelaci•n y el conocimiento de la operaci•n del sistema.
Los principales aspectos que deben de ser considerados en el dise…o de los sectores hidr†ulicos son [2]:
a. Identificaci•n general del sistema de distribuci•n en el que se aplicar‚ la sectorizaci•n hidr‚ulica.
Inicialmente, se identifican las fuentes de suministro, las zonas aferentes a plantas de tratamiento o tanques de almacenamiento y las zonas de presi•n que conforman los sectores naturales del sistema.
Esta tarea inicial permite establecer sectores hidr†ulicos dentro de los l€mites de una sola zona de presi•n. Evitando problemas de insuficiencia en la red de distribuci•n y garantizando buenas condiciones de presi•n en las horas de mayor consumo. Posteriormente, se debe analizar la configuraci•n del sistema de distribuci•n e identificar las v†lvulas de control de la red matriz (acueductos) existentes.
b. Definici•n del n†mero de sectores hidr‚ulicos que dividir‚n la red de distribuci•n.
Con base en las caracter€sticas de la red se define el nŠmero de sectores hidr†ulicos que se desea obtener y el nŠmero promedio de usuarios que tendr† cada sector. Procurando relacionar la macromedici•n y la micromedici•n al nivel de sectores; analizando las variables de costos de instrumentaci•n de la red, los rendimientos y la periodicidad de la actividad de lectura de micromedidores.
Lambert (1998) manifiesta que en el caso de utilizar la medici•n de caudales nocturnos para identificar nuevas fugas originadas en una unidad de sectorizaci•n hidr†ulica, el tama…o •ptimo debe estar entre 500 y 1000 acometidas [5].
c. Definici•n de la longitud de red de las unidades de la sectorizaci•n hidr‚ulica.
La longitud de red que comprender† un sector hidr†ulico debe definirse en base a los costos de establecimiento y mantenimiento de sector y el tama…o de las fugas que puedan ser identificadas.
La longitud de red de una unidad de sectorizaci•n hidr†ulica espec€fica no debe extenderse a todos los sistemas de distribuci•n. Este valor depende de una serie de factores tales como di†metro medio de la red, tipo de malla, condiciones de rugosidad interna de las tuber€as, presi•n de servicio y consumos.
En todo caso, solamente la experiencia indicara la longitud de red •ptima, sin embargo es necesario recordar que el tama…o de la red comprendida en un sector hidr†ulico no debe ser muy grande, teniendo en consideraci•n
probables cambios en las caracter€sticas de consumo y dem†s condiciones de la red a lo largo del tiempo [9].
d. Delimitaci•n de las unidades de la sectorizaci•n hidr‚ulica.
En base a la informaci•n anterior, se procede a delimitar la red matriz conformando una malla abierta continua con las tuber€as de di†metros mayores, procurando evitar el cierre de v†lvulas de di†metros superiores al m€nimo definido para la red matriz.
Los l€mites de cada unidad de la sectorizaci•n hidr†ulica deben elegirse de tal manera que en lo posible conformen †reas de forma regular, siempre que la topolog€a de la red y la configuraci•n urban€stica lo permita. Con trazos rectos que no dividan manzanas para facilitar la identificaci•n de los usuarios, y que seccionen la menor cantidad posible de tuber€as de la red; considerando las zonas de estratos socio-econ•micos y las caracter€sticas f€sicas existentes que impliquen el empleo del menor nŠmero de v†lvulas entre sectores.
En las zonas urbanas los l€mites deben adecuarse a las construcciones u obras importantes tales como calles, grandes avenidas, carreteras, canales o l€neas f‚rreas. En las zonas no urbanizadas los l€mites deben ajustarse a los
accidentes geogr†ficos tales como r€os y cambios topogr†ficos que orientar†n en el futuro la distribuci•n urban€stica, evitando que sean atravesados.
e. Limitaci•n del n†mero de tuberƒas de abastecimiento de las unidades de la sectorizaci•n hidr‚ulica.
Los sectores hidr†ulicos deben tener el menor nŠmero posible de entradas y salidas. Las tuber€as de abastecimiento ser†n de di†metros suficientes para entregar el caudal requerido por cada unidad de sectorizaci•n hidr†ulica, sin desmejorar las condiciones de servicio (caudal y presi•n) que prevalec€an antes de la suspensi•n de los abastecimientos menores.
Materializaci•n de la sectorizaci•n hidr†ulica.
La materializaci•n de la sectorizaci•n hidr†ulica requiere la ejecuci•n de acciones operativas orientadas a la verificaci•n en campo de las condiciones necesarias para definir la sectorizaci•n hidr†ulica. Siendo las principales actividades a realizarse las siguientes [2 y 4]:
a. Verificaci•n de la topologƒa de la red de distribuci•n.
La verificaci•n en campo de la topolog€a de la red permite establecer si ‚sta tiene relaci•n con los l€mites propuestos en oficina para la sectorizaci•n
hidr†ulica de la red. Verificaci•n que permite identificar la existencia de accesorios y empates entre las diferentes tuber€as, di†metros y materiales, conocer el alineamiento real y la localizaci•n en detalle de la red de distribuci•n.
b. Investigaci•n de las v‚lvulas en la red de distribuci•n.
La actividad de investigaci•n de v†lvulas procura la verificaci•n en terreno de todas las v†lvulas existentes en la red de distribuci•n. La verificaci•n de una v†lvula consiste en la localizaci•n e inspecci•n de la v†lvula, su operaci•n, la verificaci•n de su condici•n (abierta o cerrada) y estado operativo (constatando la existencia de eventuales escapes), la nivelaci•n de la c†mara de v†lvula (en caso de ser necesario), y el registro de la informaci•n referente a la v†lvula investigada.
c. Ejecuci•n de obras complementarias de la sectorizaci•n hidr‚ulica.
Las obras complementarias para la sectorizaci•n hidr†ulica son aquellas necesarias para materializar las sectorizaci•n. Estas deben de considerar:
Proyectar la instalaci•n de v†lvulas nuevas donde hagan falta, o renovaci•n de v†lvulas inoperables o defectuosas; que permitan el seccionamiento de la red del sector hidr†ulico en tramos de peque…a
longitud (inferiores a 1000 m.) y que permitan aislar las unidades de sectorizaci•n sin ocasionar alteraciones de las condiciones de servicio en las unidades se sectorizaci•n adyacentes.
Proyectar la instalaci•n de hidrantes, con sus respectivas v†lvulas de alimentaci•n, en cada tuber€a de abastecimiento.
Instalaci•n de tapones o empates sobre las tuber€as para adaptar la red a las condiciones de sectorizaci•n definidas en oficina.
Plantear el retiro de servicio de tuber€as muy antiguas que dificulten la sectorizaci•n.
d. Ejecuci•n de obras de optimizaci•n hidr‚ulica de la red.
En algunos casos ser† necesario acometer obras de optimizaci•n hidr†ulica de la red a corto y mediano plazo, principalmente de suministro e instalaci•n de tuber€as de refuerzo para mejorar la capacidad de transporte, entre las que se sugiere:
Proponer obras en la malla secundaria para completar circuitos locales a nivel de manzanas y la eliminaci•n de los puntos muertos de la red.
Complementar y reforzar las tuber€as primarias, y eliminar problemas de interrupci•n de la red primaria interrumpida o la existencia de una red secundaria en su lugar.
Reforzar la red secundaria, para que a partir de la Šnica entrada de una unidad de sectorizaci•n, sea posible abastecer la red bajo buenas condiciones de presi•n en las horas de m†ximo consumo y de consumo m€nimo nocturno.
Macromedici„n de caudales y presiones.
La macromedici•n de caudales y presiones comprende el registro de datos de estos par†metros en las diferentes unidades de sectorizaci•n hidr†ulica, mediante el uso de equipos dise…ados para estos fines; tales como caudal€metros y registradores de presi•n, respectivamente.
Esta actividad se realiza a trav‚s de un sistema de medici•n, cuyo objetivo general es determinar el volumen de agua suministrada a los usuarios desde las plantas de tratamiento y tanques de almacenamiento a trav‚s de las redes del sistema de distribuci•n.
Los objetivos espec€ficos de la medici•n de estos par†metros son la obtenci•n de las caracter€sticas del plano de presiones en la red de distribuci•n, y la cuantificaci•n de caudales a las distintas zonas o sectores de la red de distribuci•n. Informaci•n requerida para la simulaci•n hidr†ulica, y para la cuantificaci•n y detecci•n de las p‚rdidas t‚cnicas (fugas) y p‚rdidas comerciales (submedici•n o consumos fraudulentos) existentes.
Sistema de macromedici•n.
La medici•n de caudales y presiones debe tener en cuenta que el sistema de medici•n a utilizar (puntos y equipos) debe estar conformado al m€nimo costo posible, de manera que se garantice la exactitud de los c†lculos del volumen suministrado y de los €ndices que se necesitan obtener, es decir, el orden de magnitud del error de medici•n debe ser menor que el orden de magnitud del par†metro a determinar.
Para el dise…o de un sistema de macromedici•n es necesario cumplir con las siguientes actividades b†sicas:
Evaluar el sistema existente de medici•n de caudales y presiones en las estaciones de captaci•n, plantas de tratamiento, tanques de almacenamiento y redes matrices de distribuci•n.
Establecer una escala de prioridades para la implantaci•n de equipos nuevos y renovaci•n de equipos existentes.
Determinar la ubicaci•n apropiada y el tipo de equipo de medici•n que debe instalarse en cada punto del sistema de medici•n en funci•n de la capacidad de medici•n, y de los costos de adquisici•n y mantenimiento. En
esta tarea de se debe incluir la revisi•n de los requerimientos para la instalaci•n de los equipos5.
Definir los protocolos, procedimientos, duraci•n y frecuencia de las mediciones6.
Capacitaci•n del personal t‚cnico encargado de la instrumentaci•n de los equipos de medici•n y el manejo de datos.
Control activo de fugas.
El objetivo fundamental del control activo de fugas es limitar la duraci•n global de las fugas detectables no comunicadas, para lo cual se debe establecer una metodolog€a que considere la detecci•n y localizaci•n de estas.
Los m‚todos que pueden ser utilizados para realizar un Control Activo de Fugas se pueden clasificar en diversas formas, dependiendo de la t‚cnica utilizada tenemos los m€todos de detecci•n indirecta, y los m€todos de
detecci•n directa y localizaci•n. A continuaci•n se hace una revisi•n de los
m‚todos empleados para realizar cada una de ellas.
5
En el anexo 4 pueden ser revisadas las recomendaciones generales para el dise…o de un sistema de macromedici•n, referente a la ubicaci•n de los puntos, y las consideraciones generales para elecci•n de equipos de medici•n de caudal y su instalaci•n.
6
Los protocolos y procedimientos para la medici•n de caudal y presi•n en una red de distribuci•n de agua potable on presentadas en el anexo 5.
M‚todos de detecci•n indirecta de fugas.
Los m‚todos de detecci•n indirecta de fugas son m‚todos volum‚tricos basados en las mediciones de caudal, de manera continua o intermitente, con intenci•n de identificar el caudal atribuido a fugas, tales como:
Medici•n temporal y/o permanente del caudal suministrado a la red de distribuci•n.
Mediciones del caudal nocturno suministrado a sectores hidr†ulicos durante cortos per€odos de tiempo.
La medici•n temporal y/o permanente del caudal suministrado a la red de distribuci•n se realiza a trav‚s de un equipo medidor de caudal instalado en el abastecimiento del sector hidr†ulico sujeto a medici•n. La medici•n temporal se realiza durante un per€odo m€nimo de 24 horas, para poder obtener tanto los caudales diarios como los nocturnos que permitan establecer las variables que intervienen en el estudio de los par†metros de comparaci•n y desempe…o de p‚rdidas f€sicas.
La medici•n del caudal durante cortos per€odos de tiempo se realiza a trav‚s del registro de la variaci•n del caudal nocturno durante la ejecuci•n de pruebas de “Step Test”. Una prueba de “Step Test” (“prueba de paso” segŠn
su traducci•n del ingl‚s) es una prueba de subdivisi•n nocturna7en la que se obtiene la medici•n del caudal nocturno suministrado a los sectores hidr†ulicos que dividen la red de distribuci•n.
El primer paso l•gico para una prueba de Step Test consiste en el establecimiento del †rea de prueba. Esta implica conocer el nŠmero de predios en el †rea, determinar el nŠmero de consumidores que registran consumo de agua potable durante la noche, y estimar el nŠmero de usuarios no-dom‚sticos no-medidos, tomando nota de su aproximado consumo nocturno.
Luego se procede al reconocimiento del †rea de prueba, para lo cual se prepara de un plano del †rea que muestre el nombre de las calles y trazado de las tuber€as, las v†lvulas a ser operadas durante el Step Test (registrando si su operaci•n de cierre es horario o anti-horario), las v†lvulas de frontera (cuyo cierre sirve para aislar el †rea del resto de la red de distribuci•n), las v†lvulas de circulaci•n (cuyo cierre a€sla circuitos para crear bifurcaciones en la red de distribuci•n), y las v†lvulas no incluidas para evitar que estas sean operadas por error durante la prueba.
7
La subdivisi•n nocturna consiste en aislar, del resto de la red de distribuci•n, sectores hidr†ulicos de corta longitud de red mediante el cierre secuencial de sus v†lvulas de abastecimiento durante cortos per€odos de tiempo.
Una vez se tenga lista la informaci•n de campo y oficina requerida se procede a la ejecuci•n de la prueba, normalmente entre las 00h00 y las 05h00. Con esto se garantiza que no ocurran variaciones sensibles de consumo durante el per€odo de medici•n; pues durante este per€odo de tiempo el consumo de agua est† limitado a usos puntuales en viviendas e industrias. Los consumos dom‚sticos e industriales pueden ser obtenidos mediante t‚cnicas estad€sticas o con un programa de lectura de los consumos registrados en los medidores de los grandes consumidores, respectivamente.
Detecci•n directa y localizaci•n de fugas.
En la actualidad existe una gran diversidad de equipos utilizados para la detecci•n directa y localizaci•n de fugas, basados en la captaci•n del ruido generado por la fuga o basados en la alteraci•n que sufren las propiedades del terreno por la presencia de fugas. Siendo los equipos que m†s se han desarrollado aquellos que utilizan las caracter€sticas acŠsticas de una fuga para detectar su presencia.
Los equipos de detecci•n directa de fugas (registradores ac†sticos de ruido) tienen la labor de limitar la zona de bŠsqueda; mientras que los equipos de localizaci•n (ge•fonos y correladores ac†sticos) permiten identificar el lugar exacto de la fuga. En la pr†ctica el uso de ambos tipos de equipos es
complementario, pues la detecci•n directa (o prelocalizaci•n) ayuda a mejorar el rendimiento de la localizaci•n.
Gesti„n de la presi„n.
La gesti•n de la presi•n en los sistemas de distribuci•n de agua potable es una de las estrategias fundamentales en un programa de reducci•n y control de p‚rdidas t‚cnicas. Debido a que la presi•n excesiva es el desencadenante de las nuevas fugas que surgen en los sistemas de distribuci•n de agua potable; en los sitios donde las presiones de servicio son altas y la infraestructura est† en mal estado; la gesti•n de la presi•n logra una reducci•n efectiva de las fugas existentes en la red.
Es posible predecir, con mayor fiabilidad que antes, la reducci•n de los caudales de fuga y el volumen diario de fugas que puede ser lograda llevando a cabo una adecuada gesti•n de la presi•n en la red de distribuci•n. El c†lculo puede ser realizado utilizando la teor€a de Mays8, que manifiesta que la ecuaci•n global para el caudal de fuga es:
5 . 2 5 . 1 5 . 0 presiÅn C presiÅn B presiÅn A fuga de Caudal 8
La bibliograf€a existente de la relaci•n entre el caudal de fuga y la presi•n de servicio ha sido recopilada y presentada en el anexo 6.
En esta ecuaci•n, los tres t‚rmicos del lado derecho representan respectivamente, las fugas a trav‚s de agujeros de †rea fija (0.5), los agujeros donde el †rea var€a linealmente con la presi•n (1.5) y agujeros donde el †rea var€a con el cuadrado de la presi•n. Los valores A, B y C dependen del nŠmero y tama…o de cada tipo de fuga existente en la red.
Por lo tanto se hace necesario realizar estudios en partes seleccionadas del sistema de distribuci•n para determinar si se pueden realizar todas las reducciones posibles en las presiones de operaci•n sin producir discontinuidad en el abastecimiento durante los periodos de demanda m†xima, todo esto con el objetivo de realizar un control efectivo de las fugas.
La reducci•n de la presi•n de operaci•n aplicada como estrategia para la reducci•n de p‚rdidas t‚cnicas involucra proyectos que requieren la instalaci•n de v†lvulas reguladoras de presi•n. Pues, las v†lvulas reguladoras de presi•n son posiblemente una de las opciones m†s econ•micas y t‚cnicamente adecuadas para los programas de manejo de la presi•n cuyo objetivo es reducir las p‚rdidas t‚cnicas.
La instalaci•n de una v†lvula reguladora de presi•n9 en un sistema de distribuci•n de agua potable reduce la presi•n de entrada a un valor predeterminado aguas abajo, independiente de las variaciones de flujo o de presi•n de entrada. Estas v†lvulas se instalan, se mantienen f†cilmente y